Yllättävä lämmönsiirtokäyttäytyminen uudessa puolijohteessa paineen alaisena

Materiaalien lämmönjohtavuus yleensä kasvaa, kun niihin kohdistuu erittäin suuria paineita. Mutta Kalifornian yliopiston Los Anglesissa tutkijat (UCLA) ovat havainneet, että booriarsenidille – äskettäin löydettylle puolijohteelle – on päinvastainen, joka lupaa paljon lämmönhallintasovelluksissa ja kehittyneissä elektroniikkalaitteissa. Löytö voi muuttaa tapaamme ajatella lämmön siirtymisestä äärimmäisissä olosuhteissa, kuten Maan sisätiloissa, joissa suorat mittaukset ovat mahdottomia.

Tutkijat johdolla Yongjie Hu, käytti hydrostaattista painetta booriarsenidinäytteisiin, jotka oli sijoitettu kahden timantin väliin alasinkennoon. Sitten he tutkivat, kuinka kidehilan (fononit, pääasiallinen tapa, jolla lämpö kulkeutuu materiaalien läpi) atomivärähtelyt muuttuivat paineen noustessa jopa 32 GPa:iin. Tätä varten he käyttivät erilaisia ​​ultranopeita optisia mittauksia, mukaan lukien Raman-spektroskopia ja joustamaton röntgensironta. Ryhmä havaitsi, että erittäin korkeassa paineessa – satoja kertoja korkeammalla kuin meren pohjassa – booriarsenidin lämmönjohtavuus alkaa laskea.

Hu ja kollegat, jotka raportoivat työstään luonto, katsovat havaitsemansa epänormaalin korkeapainekäyttäytymisen mahdolliseksi häiriöksi, joka johtuu kilpailevista tavoista, joilla lämpö kulkee booriarsenidikiteen läpi paineen noustessa. Tässä tapauksessa kilpailu on kolmen ja neljän fononin sirontaprosessien välillä. Useimmissa materiaaleissa havaitaan päinvastainen vaikutus: kun paine puristaa atomeja lähemmäksi toisiaan, lämpö liikkuu rakenteen läpi nopeammin, atomi atomilta.

Mekanismi sisäiselle lämpöikkunalle

Tulokset viittaavat myös siihen, että materiaalien lämmönjohtavuus voi saavuttaa maksiminsa kynnyspainealueen jälkeen. "Olemme erittäin innoissamme nähdessämme tämän löydön rikkovan yleisen lämmönsiirron säännön ääriolosuhteissa ja se viittaa uusiin perustavanlaatuisiin mahdollisuuksiin", Hu kertoo. Fysiikan maailma"Tutkimus voi myös vaikuttaa vakiintuneeseen ymmärryksemme dynaamisesta käyttäytymisestä, kuten planeettojen sisätiloista. Sillä voi jopa olla vaikutuksia ulkoavaruustutkimuksiin ja ilmastonmuutokseen."

Pitkäikäiset kuumat elektronit havaittuina "ihme"puolijohteessa

Hun kollega, toinen kirjoittaja Abby Kavner lisää: "Jos sovellettaisiin planeettojen sisätiloihin, löydömme voivat ehdottaa mekanismia sisäiselle "lämpöikkunalle" - planeetan sisäiselle kerrokselle, jossa lämmön virtausmekanismit ovat erilaisia ​​kuin sen ala- ja yläpuolella."

Saattaa olla muita materiaaleja, jotka kokevat saman ilmiön äärimmäisissä olosuhteissa, jotka rikkovat klassisia sääntöjä, Hu sanoo. Itse asiassa uudet löydökset voivat auttaa kehittämään uusia materiaaleja älykkäisiin energiajärjestelmiin, joissa on sisäänrakennettu "paineikkuna", jotta järjestelmä kytkeytyy päälle vain tietyllä painealueella ennen kuin se sammuu automaattisesti maksimipainepisteen saavuttamisen jälkeen.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/surprising-heat-transfer-behaviour-seen-in-new-semiconductor-under-pressure/